【Java多线程从青铜到王者】定时器的原理和实现(十一)

定时器

定时器时我们日常开发中会用到的组件工具，类似于一个"闹钟"，设定一个时间，等到了时间，定时器最自动的去执行某个逻辑，比如博客的定时发布，就是使用到了定时器

Java标准库里面也提供了定时器的实现


定义一个timer，添加多个任务，每个任务都带有一个时间

定义任务的时候可以使用lambde表达式吗？

• 答案是不能的，lambde只能用于创建函数式接口的实例，如果非要用lambde表达式创建一个类的实例的话，可以用lambde先创建出一个函数式接口的实例，再把这个函数式接口赋值给类的变量，如下图，我们的源代码里面Timer就是一个实现了Runnable函数式接口的一个抽象类，是不可以使用lambde表达式的
  

内置了前台线程

我们上图代码的执行结果如下

我们发现，控制台打印了我们的三个任务以后，并没有进程结束的提示，说明我们的进程并没有结束，原因是Timer里面内置了前台线程，它会阻止进程的结束

但是我们往timer里面添加的任务都执行完了，也不会结束吗？

• 因为我们的timer也不知道你是否还会添加新任务进来，所以它不能结束，必须严阵以待，也就是不能结束，于是内置了前台线程

但是就没有办法让timer结束吗？

• timer里面有一个cancel方法，可以手动调用来结束进程
  
  上述代码我们调用了cancel后，进程会结束(如下图)
  
  需要主动调用cancel让线程主动结束，要不然Timer不知道是否还有其他地方要添加任务的

定时器的实现

我们先思考一下，实现一个定时器需要哪些的内容

• 首先我们需要一个线程，帮助我们掐算时间，时间一到的话，这个线程就会执行该任务
• 其次我们需要一个容器，能够保存schedule进来的任务

我们直观的来想的话，我们这个线程就要不断的遍历我们这个容器，看看任务的时间是否到了，如果到了，就执行这个任务
但是如果我们容器里面的元素很多呢？要是遍历的话，时间复杂度就是o(n)了，开销就很大了
我们此时就需要用到优先级队列了，我们的每个任务都有实现，先执行时间小的，后执行时间大的，有了优先级队列，必须是小根堆，队首元素就是执行时间最小的元素，我们每次只需要看一下队首元素是否到时间了，要是队首元素也没有到时间的话，其他的任务一定没有到时间

我们现在的优先级队列有两个选择：

1. PriorityQueue(线程不安全)
2. PriorityBloskingQueue(线程安全)

虽然PriorityBloskingQueue是线程安全的，但是我们这里要使用 PriorityQueue，使用PriorityBloskingQueue不太好控制，容易出问题，我们这里手动给PriorityQueue加锁即可

上面是我们写的一个类，用来描述一个任务

我们这个类直接实现Runnable也是可以的，我们这里是让这个类持有了Runnable

而且我们这个任务类是需要将其放到优先级队列里面的，所以要求我们这个类是可以比较的，我们这里也实现了Comparable接口，并且重写了CompareTo方法，这里的比较的规则就是时间的大小

如果是TreeSet和TreeMap的话我们要求元素是可以比较的，我们就需要实现Comparable和Comparator接口
如果是HsahSet和HashMap的话，就要求元素是可以比较相等的和可哈希的，这时候就要equals和hashCode方法了，有时候为了让hsah更加高效的话，需要重写这两个方法

这是我们写的构造方法，在这里面我们创建了一个线程，这个线程就是我们的判断和执行任务的线程

加锁

由于我们的加入任务的操作(如下图)和我们的执行并且删除任务的操作都是对同一个队列进行操作，可能会有线程安全问题

可以发现我们都给这两个方法加上锁了
当我们线程如果发现队列里面是空的，locker.wait就会释放锁，于是scedule就可以获取到锁了，获取到锁之后就可以往队列里面添加任务，添加完任务之后，notify就可以将线程唤醒

我们红框部分的地方也要用到wait，是有时间限制的wait，这里有两种情况：

1. 我们能进入else就说明还没有到首队列元素的执行时间，此时我们需要等待(任务执行时间-当前时间)这么多的时间，等到了我们wait的时间，wait就会自动唤醒，再次进入循环取出队首元素，发现到时间了，于是就执行任务，并且将任务从队列里面删除
2. 我们进入else，执行wait释放锁并且阻塞的时候，此时又有一个任务通过schedule进入到了队列，schedule里面的notify就会将我们的线程唤醒，线程唤醒之后又进入循环，由于我们加入了新的任务，这个新任务的时间有可能比我们原来的队首任务的时间小，也有可能大，这时我们的队首任务就会发生变化，于是又peek一下，取队首元素，看看是否到了时间，在根据条件执行下面的逻辑

如果我们else里面什么都不加的话，只有一个coontinue，这时我的CPU只是在忙等，虽然在等，但是CPU很忙，因为此时线程的情况是进入了死循环，不如将CPU的资源让出来，给其他的线程使用，这就是我们wait的另一个作用

使用sleep可以吗？
不可以，sleep虽然也可以实现等待的结果，但是sleep没有释放锁，如果我们中间有一个schedule又加入了一个任务，这个任务的执行时间是10：20：00，比如现在是10：00：00，我们的首队列元素的执行时间是10：30：00，此时我们进入else执行到了sleep，按照我们上面wait的代码，我们这里要sleep30分钟，这个过程中，锁没有被释放，是被判断的线程持有的，这就导致我们的schedule方法获取不到锁，无法将新的任务添加到队列，等sleep到了时间被唤醒的时候，已经过了10：20：00了，这个任务就错过了

执行过程详解

执行到这里以后我们会进入到漫长的3s的等待，3s结束之后，wait就自动唤醒了